¿Cómo la impresión 3D está transformando la industria de la construcción?

La industria de la construcción está cambiando debido a que la impresión 3D abarata y agiliza la construcción de edificios y otras estructuras mediante la automatización de los procesos de construcción mediante soluciones robóticas de extrusión de concreto. En los últimos cinco años, la impresión de construcción 3D (3DCP) ha comenzado a ponerse al día con la proliferación de aplicaciones AM y las mejoras observadas en otras industrias, como la atención médica y la industria, cambiando fundamentalmente una de las industrias más grandes del mundo.

Las boquillas especialmente diseñadas están optimizadas para extruir concreto o mortero rápidamente, utilizando instrucciones preprogramadas para construir estructuras. (Todas las imágenes proporcionadas por COBOD International)

Comprensión de la industria de impresión de construcción 3D

Las impresoras 3D utilizadas para la construcción generalmente se dividen en dos categorías: configuraciones de estilo pórtico y brazos robóticos, siendo la primera la solución dominante para la impresión in situ de estructuras de edificios completas. Además, los actores de la industria de la impresión 3D para la construcción se clasifican por ser únicamente proveedores de tecnología (como COBOD International); proveedores de construcción llave en mano de extremo a extremo que también actúan como contratistas, utilizando sus propios materiales patentados; o incluso como contratistas generales que gestionan la construcción completa de nuevos edificios de principio a fin.

El uso de la impresión 3D para la construcción ha crecido rápidamente en los últimos cinco años, no solo en términos de construcción de edificios, sino también con respecto al tipo de edificio o estructuras que se realizan. Para nombrar algunas aplicaciones y ejemplos de 3DCP, nuestros socios han utilizado únicamente las máquinas de COBOD para imprimir edificios de uno, dos y tres pisos de hasta 4100 ft2 (por ejemplo, PERI Group). Han construido escuelas (Holcim/14 árboles), bases de torres de aerogeneradores a 30 pies (GE Renewable Energy) y muchas otras estructuras en seis continentes.

Para vivienda residencial, que ha sido el área de mayor interés hasta el momento, el 3DCP aborda hasta un máximo del 45 por ciento del costo total de construcción del edificio. Esto se debe a que la tecnología de impresión aún no puede abordar algunos tipos de costos: estos incluyen acabados/superficies, ventanas, puertas y componentes ocultos, como mecánicos, eléctricos o de plomería. Para aplicaciones más comerciales e industriales como las torres de turbinas eólicas, la tecnología aborda un porcentaje mucho más alto, hasta el 80 por ciento del costo total.

Con el mercado 3DCP aún en su infancia, las estimaciones del tamaño del mercado para la industria aún son demasiado prematuras para confiar. Sin embargo, debido al tamaño del mercado de la construcción, si se usara 3DCP en solo el 0,01 por ciento de los sitios de construcción, el tamaño del mercado seguiría siendo enorme.

¿Por qué está despegando la impresión 3D para la construcción?

Hay cuatro beneficios clave de 3DCP: automatización, velocidad, sustentabilidad mejorada y mayor libertad de diseño. Aquí sólo me referiré a las dos primeras ventajas.

Automatización que reduce costos: la industria de la construcción se encuentra entre las menos automatizadas/digitalizadas de todos los sectores con un gran potencial para aumentar la productividad. De 1947 a 2010 en los EE. UU., la productividad aumentó 8 veces en la manufactura y 16 veces en la agricultura, mientras que la construcción apenas experimentó aumentos de productividad. Como consecuencia de este y otros factores, el costo de adquirir una vivienda se ha incrementado dramáticamente en los últimos años, generando en parte un desajuste cada vez mayor entre la oferta y la demanda, con un desfase de cuatro millones de viviendas solo en EE.UU. La situación ha empeorado últimamente por los aumentos dramáticos en los precios de los materiales (por ejemplo, madera y acero) y una falta general de mano de obra calificada. Si bien 3DCP por sí solo no puede resolver todos estos problemas estructurales, la automatización de procesos reduce los costos al abordar la escasez de mano de obra, con las impresoras que solo requieren 3 personas para operar. Últimamente, COBOD también ha desarrollado soluciones, entre otras, mediante las cuales es posible utilizar hormigón ordinario para 3DCP (en lugar de los morteros muchas veces más caros), uno de los materiales de construcción más baratos del mundo.

Velocidad mejorada para una ejecución de proyectos más rápida: debido a la mayor experiencia en el dominio del uso de la tecnología 3DCP por parte de más y más empresas, no estamos lejos de ver las paredes de una casa típica de 2000 pies cuadrados impresas en 3D en tan solo cinco días hábiles. Hacer lo mismo con los métodos convencionales, como la estructura de vigas o la mampostería, llevaría mucho más tiempo e involucraría a más trabajadores. Como ejemplo de la fácil curva de aprendizaje de 3DCP, en 2020, nuestro socio PERI Group tardó 36 días en imprimir en 3D su primer edificio, una casa de dos plantas y 1700 pies cuadrados en Alemania. Esto es equivalente a hacer aproximadamente 50 ft2 por día. Cuando completaron su segundo proyecto unos meses después, una unidad mucho más grande de 3 pisos y 4100 pies cuadrados con cinco apartamentos, redujeron el tiempo de impresión a solo 21 días, lo que equivale a aproximadamente 200 pies cuadrados por día. Cuadruplicaron su productividad del primer proyecto al segundo. ¿Cuánto más reducirán el tiempo de impresión cuando ejecuten su décimo proyecto? ¿Qué pasa con el proyecto número 100? Con solo duplicar la productividad, y eso parece muy probable según los resultados hasta ahora, pronto se alcanzará el objetivo de cinco días laborales para un edificio de 2,000 ft2.

El futuro de la impresión 3D en la construcción

3DCP naturalmente enfrenta barreras para desbloquear todo su potencial, como códigos/estándares de construcción actualizados y capacitación laboral. Sin embargo, estamos seguros de que la tecnología llevará a la industria de la construcción de una curva en S tecnológica a la siguiente, trayendo consigo los beneficios mencionados anteriormente y más.

Compare las primeras computadoras portátiles y teléfonos móviles de PC de la década de 1980 con sus contrapartes actuales: 3DCP se embarcará en un viaje similar de mejora y uso generalizado experimentado por estas otras tecnologías innovadoras, impulsado por tres factores. En primer lugar, las impresoras serán más fiables y rápidas. En segundo lugar, las impresoras 3D aumentarán en escala, lo que permitirá proyectos más grandes. Por lo tanto, es probable que dentro de un año comencemos a ver impresoras capaces de imprimir edificios de hasta cinco o incluso seis pisos. En tercer lugar, se desarrollarán nuevos casos de uso, por ejemplo, un mayor enfoque en estructuras y edificios comerciales, no solo viviendas residenciales, donde la tecnología 3DCP puede abordar una mayor parte del costo total.